RU2138893C1

RU2138893C1 - Controlled solid-body discharger

Info

Publication number: RU2138893C1
Application number: RU97116994A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Бухаров; В.Д. Селемир; Г.М. Спиров; И.В. Лобанова
Original assignee: Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: high voltage pulse equipment, power accumulation equipment. SUBSTANCE: device has two main electrodes, control electrode, which is embraced with insulator and is located inside one of main electrode, and solid dielectric which is located in main discharge gap. Goal of invention is achieved by connection of face end of insulator of control electrode and solid dielectric and by positioning dielectric layer with dielectric permeability in range of 2 to 80 in contact location. EFFECT: increased reliability, simplified design. 7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть применено при создании устройств с емкостными накопителями энергии в различных электрофизических установках. The invention relates to high-voltage pulse technology and can be used to create devices with capacitive energy storage devices in various electrophysical installations.

Известен "Разрядник с диэлектрической пленкой" Бруно Леон, патент Франции, 2149599, МПК H 01 T 1/00, заявленный 13 августа 1971 г., который содержит два основных электрода, управляющий электрод, охваченный изолятором, расположенный внутри одного из основных электродов твердый пленочный диэлектрик с металлизированной поверхностью, обращенной к управляющему электроду и расположенный в главном разрядном промежутке. Known "Discharger with a dielectric film" Bruno Leon, French patent, 2149599, IPC H 01 T 1/00, announced August 13, 1971, which contains two main electrodes, a control electrode covered by an insulator, located inside one of the main electrodes is a solid film a dielectric with a metallized surface facing the control electrode and located in the main discharge gap.

Недостатком такого разрядника является малый уровень надежности за счет сложных технологических операций по нанесению металлизированного слоя на твердый диэлектрик, отслоение слоя в процессе работы, возможность возникновения короткого замыкания при повышении рабочего напряжения. The disadvantage of this arrester is a low level of reliability due to complex technological operations for applying a metallized layer to a solid dielectric, peeling of the layer during operation, the possibility of a short circuit when the operating voltage is increased.

Наиболее близким к предлагаемому является "Управляемый твердотельный разрядник" авторов Г.С.Коршунова, В.Н.Махрина, В.М.Пайгина, материалы 4 Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике, 1982, Томск, ч. 2, стр. 58, который содержит два основных электрода, управляющий электрод, охваченный изолятором, расположенный внутри одного из основных электродов, и твердый диэлектрик, размещенный в главном разрядном промежутке между основными электродами. Твердый диэлектрик - полиэтиленовая пленка. Изолятор управляющего электрода представляет собой сочетание твердого диэлектрика и жидкого - трансформаторного масла, расположенного непосредственно в поджигающем зазоре. Весь разрядник помещен в корпус с жидким диэлектриком - трансформаторным маслом. Описанный разрядник обеспечивает рабочее напряжение до 200 кВ, амплитуду управляющих импульсов до 40 кВ с длительностью от 3 до 100 нс. Closest to the proposed one is the "Controlled solid-state arrester" by G.S. Korshunov, V.N. Makhrin, V.M. contains two main electrodes, a control electrode covered by an insulator located inside one of the main electrodes, and a solid dielectric placed in the main discharge gap between the main electrodes. Solid dielectric is a plastic film. The control electrode insulator is a combination of a solid dielectric and a liquid transformer oil located directly in the ignition gap. The entire spark gap is placed in a housing with a liquid dielectric - transformer oil. The described arrester provides an operating voltage of up to 200 kV, an amplitude of control pulses of up to 40 kV with a duration of 3 to 100 ns.

Недостатком такого разрядника является малый уровень надежности и сложность конструкции. Масляная изоляция всего разрядника требует сложного технологического оборудования. Размещение всего разрядника в корпусе с трансформаторным маслом усложняет смену твердого диэлектрика. The disadvantage of such a spark gap is a low level of reliability and design complexity. Oil insulation of the entire arrester requires sophisticated process equipment. Placing the entire arrester in a housing with transformer oil complicates the replacement of a solid dielectric.

Техническая задача состоит в расширении функциональных возможностей разрядника, а именно в увеличении диапазона работы разрядника и возможности его работы как в газовых, так и в жидких средах. The technical problem is to expand the functionality of the arrester, namely, to increase the range of operation of the arrester and the possibility of its operation in both gas and liquid media.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции разрядника. The technical result of the invention is to increase reliability and simplify the design of the arrester.

Технический результат достигается тем, по сравнению с известным управляемым твердотельным разрядником, содержащем два основных электрода, управляющий электрод, охваченный изолятором, расположенный внутри одного из основных электродов, и твердый диэлектрик, размещенный в главном разрядном промежутке между основными электродами, новым является то, что торцевая часть изолятора управляющего электрода, обращенная к главному разрядному промежутку, и твердый диэлектрик соединены с размещением в месте контакта слоя диэлектрического материала, имеющего диэлектрическую проницаемость от 2 до 80. The technical result is achieved by that, compared with the known controlled solid-state spark gap containing two main electrodes, a control electrode covered by an insulator located inside one of the main electrodes, and a solid dielectric located in the main discharge gap between the main electrodes, new is that the end face the part of the insulator of the control electrode facing the main discharge gap and the solid dielectric are connected to the location of the dielectric material layer at the contact point ala having a dielectric constant of from 2 to 80.

Введение слоя диэлектрического материала, сохраняя все электрофизические характеристики разрядника-прототипа, позволяет отказаться от сложных технологических операций по смене масляной изоляции и нанесению на твердый диэлектрик металлизированного слоя. Отсутствие в конструкции заявляемого разрядника корпуса с трансформаторным маслом дает возможность быстро менять твердый диэлектрик. Также введение слоя диэлектрического материала создает условия для работы разрядника в различных средах. The introduction of a layer of dielectric material, while retaining all the electrophysical characteristics of the prototype arrester, allows you to abandon complex technological operations for changing oil insulation and applying a metallized layer to a solid dielectric. The absence in the design of the inventive spark gap of the case with transformer oil makes it possible to quickly change a solid dielectric. Also, the introduction of a layer of dielectric material creates conditions for the operation of the arrester in various environments.

Размещение слоя диэлектрического материала между торцом изолятора управляющего электрода, обращенным к главному разрядному промежутку, и твердым диэлектриком обеспечивает надежное внедрение поджигающей искры в рабочее тело разрядника путем создания необходимого электрического поля в поджигающем зазоре. Placing a layer of dielectric material between the end face of the insulator of the control electrode facing the main discharge gap and the solid dielectric ensures reliable incorporation of the ignition spark into the working medium of the arrester by creating the necessary electric field in the ignition gap.

В качестве слоя диэлектрического материала могут быть использованы электроизоляционное масло, имеющее диэлектрическую проницаемость от 2,1 до 4,4; деионизироваиная вода, имеющая диэлектрическую проницаемость до 80; консистентные смазки, диэлектрическая проницаемость которых равна 5; высокоэластичные материалы, например резина с диэлектрической проницаемостью от 2,5 до 5; клей, имеющий диэлектрическую проницаемость от 2 до 7; пористый материал, пропитанный жидким диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого от 3 до 6. An insulating oil having a dielectric constant of 2.1 to 4.4 can be used as a layer of dielectric material; deionized water having a dielectric constant of up to 80; greases with a dielectric constant of 5; highly elastic materials, for example rubber with a dielectric constant of from 2.5 to 5; adhesive having a dielectric constant of 2 to 7; porous material impregnated with a liquid dielectric, the dielectric constant of which is from 3 to 6.

Использование перечисленных материалов, как диэлектрического слоя в каждом конкретном случае способствует созданию на границе слой - твердый диэлектрик необходимого электрического поля в поджигающем зазоре, что позволяет работать заявляемому разряднику в области низких и высоких напряжений. The use of these materials as a dielectric layer in each case contributes to the creation of a layer - solid dielectric of the required electric field in the ignition gap, which allows the inventive spark gap to operate in the low and high voltage region.

Электрическая прочность слоя может обеспечиваться плотным прижатием, приклеиванием. На торце изолятора управляющего электрода, контактирующего с твердым диэлектриком, могут содержаться углубления. Изолятор может обладать необходимой шероховатостью для удержания слоя диэлектрического материала. The electric strength of the layer can be provided by tight pressing, gluing. At the end of the insulator of the control electrode in contact with the solid dielectric, recesses may be contained. The insulator may have the necessary roughness to hold a layer of dielectric material.

На чертеже представлена схема заявляемого разрядника. The drawing shows a diagram of the inventive spark gap.

Управляемый твердотельный разрядник содержит два основных электрода 1,2 и управляющий электрод 3, охваченный изолятором 4, и расположенный внутри основного электрода 2. Между основными электродами 1 и 2 в главном разрядном промежутке помещен твердый диэлектрик 5. Торцевая часть изолятора 4, обращенная к главному разрядному промежутку, соединяется с твердым диэлектриком 5 с размещением в месте контакта слоя диэлектрического материала 6, имеющего диэлектрическую проницаемость от 2 до 80. The controlled solid-state spark gap contains two main electrodes 1,2 and a control electrode 3, covered by an insulator 4, and located inside the main electrode 2. A solid dielectric 5 is placed between the main electrodes 1 and 2 in the main discharge gap 5. The end part of the insulator 4 facing the main discharge gap, is connected to a solid dielectric 5 with the placement at the contact point of the layer of dielectric material 6 having a dielectric constant of from 2 to 80.

Управляемый твердотельный разрядник работает следующим образом. При подаче напряжения на управляющий электрод 3 образуется поджигающая искра, формирующаяся непосредственно в толще твердого диэлектрика 5. В результате этого происходит резкое уменьшение электрической прочности главного разрядного промежутка и его быстрый пробой. Внедрение поджигающей искры в рабочее тело разрядника достигается путем создания соответствующего электрического поля в его поджигающем зазоре в области границы раздела слой диэлектрического материала 6 - твердый диэлектрик 5. Managed solid-state arrester operates as follows. When voltage is applied to the control electrode 3, an igniting spark is formed, which forms directly in the thickness of the solid dielectric 5. As a result, there is a sharp decrease in the electric strength of the main discharge gap and its rapid breakdown. The introduction of the ignition spark in the working medium of the arrester is achieved by creating the corresponding electric field in its ignition gap in the region of the interface layer of dielectric material 6 - solid dielectric 5.

В примере конкретного выполнения заявляемого разрядника основные электроды изготовлены в форме плоскопараллельных пластин из сплава ВНЖ. На них подается рабочее напряжение порядка 20 кВ. Управляющий электрод, изготовленный из сплава ВНЖ, охвачен изолятором, изготовленным из полиэтилена. Управляющий электрод соединен с поджигающим кабелем, оплетка которого соединяется с тонкостенной металлической трубкой, в которую помещен управляющий электрод с изолятором. Между основными электродами расположен в главном разрядном промежутке твердый диэлектрик, выполненный из полиэтиленовой пленки. Соединение твердого диэлектрика и торцевой части изолятора управляющего электрода осуществляется размещением в углублениях изолятора управляющего электрода слоя электроизоляционной резины с диэлектрической проницаемостью равной 3. Разрядник надежно срабатывает при подаче на управляющий электрод напряжения 40-50 кВ с длительностью импульса 15-30 нс. In an example of a specific implementation of the inventive spark gap, the main electrodes are made in the form of plane-parallel plates from a residence permit alloy. They are supplied with an operating voltage of the order of 20 kV. The control electrode made of a residence permit alloy is covered by an insulator made of polyethylene. The control electrode is connected to the ignition cable, the braid of which is connected to a thin-walled metal tube in which the control electrode with the insulator is placed. A solid dielectric made of a polyethylene film is located between the main electrodes in the main discharge gap. The solid dielectric and the end part of the insulator of the control electrode are connected by placing a layer of insulating rubber with a dielectric constant of 3 in the recesses of the insulator of the control electrode. The arrester relays reliably when a voltage of 40-50 kV is applied to the control electrode with a pulse duration of 15-30 ns.

Таким образом, предложенный разрядник отличается надежностью в работе и является простым по конструкции. Thus, the proposed spark gap is reliable in operation and is simple in design.

Claims

1. A controlled solid-state arrester containing two main electrodes, a control electrode enclosed by an insulator located inside one of the main electrodes, and a solid dielectric located in the main discharge gap between the main electrodes, characterized in that the end part of the insulator of the control electrode facing the main the discharge gap, and the solid dielectric are connected with the placement in the place of contact of the layer of dielectric material having a dielectric constant of from 2 to 80.

2. A controlled solid-state spark gap according to claim 1, characterized in that an insulating oil with a dielectric constant of 2.1 to 4.4 is used as a layer of dielectric material.

3. The controlled solid-state spark gap according to claim 1, characterized in that deionized water having a dielectric constant of up to 80 is used as a layer of dielectric material.

4. The controlled solid-state spark gap according to claim 1, characterized in that a grease with a dielectric constant of 5 is used as a layer of dielectric material.

5. The controlled solid-state spark gap according to claim 1, characterized in that a highly elastic material, for example rubber having a dielectric constant of 2.5 to 5, is used as a layer of dielectric material.

6. The controlled solid-state spark gap according to claim 1, characterized in that an adhesive with a dielectric constant of 2 to 7 is used as a layer of dielectric material.

7. The controlled solid-state spark gap according to claim 1, characterized in that a porous material impregnated with a liquid dielectric is used as a layer of dielectric material, the dielectric constant of which is from 3 to 6.